高速空气动力学

④ 翼型的跨音速阻力特性
I. 波阻的产生
波阻就是正迎角时，在跨音速阶段翼型产生的附加吸力向后 倾斜从而在速度方向所附加产生的阻力。
II. 翼型阻力系数随Ｍ数的变化
超过临界马赫数后，波阻急剧增大导致阻力系数急剧增加的 马赫数，称为阻力发散马赫数。
⑤ 翼型的超音速升力特性
膨胀波 激波
在超音速阶段,M增 加，上翼面膨胀波后斜， 弱扰动边界与波前气流 的夹角减小，膨胀后的 压力比 不变而M增加 时降低得少；
3. 下翼面扩大到后缘，而上翼面 超音速区还能后缘，上下翼面的 附加压力差增大，CL增加。
下表面达 到音速
上表面激波 移至后缘
下表面激波 移至后缘
II. 最大升力系数和临界迎角随飞行Ｍ数的变化
当激波增强到一定程度，阻力系数急剧增大,升力系数迅速减 小,这种现象称为激波失速。随着飞行M数的增加,飞机将在更小 的迎角下开始出现激波失速,导致临界迎角和最大升力系数的继 续降低。
第十章
高速空气动力学基础
本章主要内容
10.1 高速气流特性 10.2 翼型的亚跨音速气动特性 10.3 后掠翼的高速升阻力特性
10.1 高速气流特性
10.1.1 空气的压缩性
空气的压缩性是空气的压力、温度等条件改变而引 起密度变化的属性。
低速飞行(马赫数M<0.4) 空气密度基本不随速度而变化
激波的视频
●激波实例
●激波实例
●激波实例
●激波实例
③ 翼型的跨音速升力特性
I. 升力系数随飞行Ｍ数的变化
临界M数， 机翼上表面
达到音速
1. 考虑空气压缩性，上表面密度
下降更多，产生附加吸力,升力系
数CL增加，且由于出现超音速区， 压力更小，附加吸力更大；
2. 下翼面出现超音速区，且后移 较上翼面快，下翼面产生较大附 加吸力，CL减小；
高速飞行(马赫数M>0.4) 必须考虑空气压缩性的影响
③ 气流速度与流管截面积的关系
由连续性定理，在同一流管内
VAconst
速度增加，空气密度减小。
在亚音速时，密度的减小量小于速度的增加量，故加速时要求 截面积减小。流量一定，流速快则截面积减小；流速慢则截面积 增大。
在亚音速气流 中,流管截面积 随流速的变化
A/A
●超音速气流的获得
要想获得超音速气流，截面积应该先减后增。
●T百度文库e Tailpipe of Space Shuttle
本章主要内容
10.1 高速气流特性 10.2 翼型的亚跨音速气动特性 10.3 后掠翼的高速升阻力特性
10.2 翼型的亚跨音速气动特性
10.2.1 翼型的亚音速空气动力特性
II. 飞行M数增大， 最大升力系数和 临界迎角减小
③ 翼型的亚音速阻力特性
翼型的阻力系数基本不随飞行Ｍ数变化。
④ 翼型的压力中心位置的变化
翼型的压力中心位置基本保持不变。
10.2.2 翼型的跨音速空气动力特性
跨音速是指飞行速度没达到音速，但机翼表面局部已经出现超 音速气流并伴随有激波的产生。
① 临界马赫数MCRIT
II. 局部激波的发展
II. 局部激波的发展
●局部激波的形成与发展
1. 大于MCRIT后，上表面先产生激波。 2. 随M数增加，上表面超音速区扩展，
激波后移。 3. M数继续增加，下表面产生激波，
并较上表面先移至后缘。 4. M数接近1,上下表面激波相继移至后
缘。 5. M数大于1,出现头部激波。
●亚音速的定义 飞行M数大于0.4,流场内各点的M数都小于1。
① 翼型的亚音速空气动力特性
考虑空气密度随速度的变化，则翼型压力系数基本按同一系 数放大，体现出“吸处更吸，压处更压”的特点。因此，升力 系数增大，逆压梯度增大，压力中心前移,临界迎角减小，阻 力系数基本不变。
② 翼型的亚音速升力特性
I. 飞行M数增大,升 力系数和升力系 数斜率增大
气流M数 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
流速增加的百
分比
1%
1%
1%
1%
1%
1%
1%
1%
V/V
密度变化的百
分比
/
-0.04% -0.16% -0.36% -0.64% -1% -1.44% -1.96% -2.56%
截面积变化的
百分比
-0.96% -0.84% -0.64% -0.36% 0 0.44% 0.96% 1.65%
●亚音速、等音速和超音速的扰动传播
② 空气压缩性与马赫数M的关系 M TAS a
马赫数M是真速与音速之比。分为飞行马赫数和局部马赫 数，前者是飞行真速与飞行高度音速之比，后者是局部真速 与局部音速之比（如翼型上表面某点的局部马赫数）。
M数越大，空气被压缩得越厉害。
低速飞行(马赫数M<0.4) 可忽略压缩性的影响
M增加，下翼面激 波后斜，激波角减小， 下翼面压力比不变而M 增加时增加得少，总的 效果使升力系数减小。
⑥ 翼型的超音速阻力特性
飞行马赫数大于1后，阻力系数会下降,但阻力会随着 M数的增加而增加。
高速飞行(马赫数M>0.4) 空气密度随速度增加而减小
① 空气压缩性与音速的关系
●音速的定义 扰动在空气中的传播速度就是音速。
●空气压缩性与音速a的关系
a dp d
a39 t273 海里/小时
a20.1 t273公里/小时
音速与传输介质的可压缩性相关，在空气 中，音速大小唯一取决于空气的温度，温度 越低，空气越易压缩，音速越小。
③ 气流速度与流管截面积的关系
由连续性定理，在同一流管内
VAconst
速度增加，空气密度减小。 在超音速时，密度的减小量大于速度的增加量，故加速时要求 截面积增大。 因此，M>1时，流管扩张，流速增加，流管收缩，流速减小。
在超音速气流 中,流管截面积 随流速的变化
●速度、密度和截面积在不同M数下的变化值
机翼上表面流速大于飞行速度，因此当飞行M数小于1时，机翼 上表面最低压力点的速度就已达到了该点的局部音速(此点称为等 音速点)。此时的飞行M数称为临界马赫数MCRIT 。
MCRIT是机翼空气动力即将发生显著变化的标志。
●临界马赫数MCRIT
② 局部激波的形成和发展
I. 局部激波的形成
飞行马赫数大于临界马赫数后，机翼上表面开始出现超音速区。 在超音速区内流管扩张，气流加速，压强进一步降低，与后端的 压强为大气压力的气流相作用，形成一道压力、密度、温度突增 的界面，即激波。